1.5.Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера

1. Дія магнітного поля на речовину

Будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується, тобто створює власне магнітне поле.

Існують речовини:

-         Діамагнетики (послаблюють магнітне поле);

-         Парамагнетики та феромагнетики (посилюють магнітне поле).

2. Слабомагнітні речовини

Слабомагнітні речовини – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, індукція якого набагато менша за індукцію зовнішнього магнітного поля (поля, яке спричинило намагнічування).

До таких речовин належать діамагнетики та парамагнетики.

Діамагнетики – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, напрямлене протилежно зовнішньому.

(Червоні лінії – лінії магнітного поля, створеного зразком; сині лінії – магнітні лінії зовнішнього поля)

Діамагнетики незначно послаблюють зовнішнє магнітне поле та виштовхуються з нього.

Проблемне питання

• Чому діамагнітна речовина виштовхується з магнітного поля?

До діамагнетиків належать інертні гази (гелій, неон тощо), багато металів (наприклад, золото, мідь, ртуть, срібло), молекулярний азот, вода та ін. Тіло людини є діамагнетиком, адже воно на 60 % складається з води.

Парамагнетики – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього.

(Зелені лінії – лінії результуючого магнітного поля)

Парамагнетики незначно посилюють зовнішнє магнітне поле та втягуються в нього.

До парамагнетиків належать кисень, платина, алюміній, лужні та лужноземельні метали.

Якщо слабомагнітні речовини вийняти з магнітного поля, то їхня намагніченість відразу зникне.

3. Феромагнетики

Феромагнетики – це сильномагнітні речовини, які створюють сильне магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього.

Феромагнетики залишаються намагніченими й у разі відсутності зовнішнього магнітного поля, посилюють зовнішнє магнітне поле в сотні й тисячі разів і втягуються в нього.

Проблемне питання

• Поясніть, чому на постійному магніті міцно утримуються тільки предмети, виготовлені з феромагнітних матеріалів?

До феромагнетиків належить невелика група речовин: залізо, нікель, кобальт, рідкоземельні речовини та низка сплавів.

Феромагнітні матеріали умовно поділяють на два типи.

Жорсткомагнітні матеріали – це матеріали, які після припинення дії зовнішнього магнітного поля залишаються намагніченими довгий час. (Застосовують для виготовлення постійних магнітів.)

М’якомагнітні матеріали – це матеріали, які легко намагнічуються і швидко розмагнічуються. (застосовують для виготовлення осердь електромагнітів, двигунів, трансформаторів, тобто пристроїв, які під час роботи постійно перемагнічуються)

Температура Кюрі – це температура, за якої феромагнетик втрачає намагніченість.

4. Гіпотеза Ампера

А. Ампер спостерігаючи дію на магнітну стрілку провідника зі струмом і з’ясувавши, що котушки зі струмом поводяться як постійні магніти, висунув гіпотезу щодо пояснення магнітних властивостей речовин.

Гіпотеза Ампера:

Всередині речовини існує величезна кількість незгасаючих малих колових струмів.

Механізм намагнічування тіл відповідно до гіпотези Ампера:

а – колові струми орієнтовані безладно, тіло не є намагніченим;

б – колові струми орієнтовані в певному напрямку, тіло намагнічене.

За гіпотезою Ампера, усередині молекул та атомів циркулюють елементарні електричні струми. На сьогодні ми добре знаємо, що ці струми утворюються внаслідок руху електронів в атомах, тобто кожен атом має магнітні властивості. Якщо атоми всередині тіла орієнтовані хаотично внаслідок теплового руху, то дії внутрішньоатомних струмів взаємно компенсуються і магнітних властивостей тіло не виявляє (рис. а). У намагніченому стані елементарні струми в тілі орієнтовані так, що їхні дії додаються (рис. б).

Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка й рамка зі струмом у магнітному полі поводяться однаково. Стрілку (постійний магніт) можна розглядати як велику складну сукупність маленьких рамок зі струмом, зорієнтованих однаково.

Сучасна теорія магнетизму ґрунтується на законах квантової механіки і теорії відносності А. Ейнштейна.